1.孔板流量计的工作原理

当气体通过管道内的节流件一标准孔板时,气流束将在此处形成局部收缩,导致流速加快,压力降低,因而,气流在孔板两侧便形成差压,在其他条件一定的情况下,气体的流量越大,形成的差压也越大,因此,可根据差压的大小来确定气体流量的大小。这种测量流量的方法是以能量守恒定律和流动连续性方程为基础的。

 

2.孔板流量计的构造

目前,煤矿常用的孔板流量计的孔板是中心突然收缩式节流装置:即流体流人节流裝置后,预先没有流经任何预收缩件而突遇节流件并在管轴中心线附近形成收缩的节流装置。现以蒋家河煤矿使用的标准孔板流量计来说明其构造。其由孔板、取压嘴和钢管组成,具体构造如图1所示。

 

3.孔板流量计的安装要求

(1)在抽放瓦斯管路中安装孔板时,孔板的孔口须与管道同心,其端面与管道轴线垂直,偏心度<1~2%。

(2)安装孔板的管道内壁,在孔板前后距离2D的范围内,不应有凹凸不平,焊缝和垫片等。

(3)节流装置应安装在两段具有等直径的圆形横截面的直管段之间,在此中间,除了取压孔、测温孔外,无规定之外的障碍和连接支管。直管段毗邻孔板的上游10D(D为上游测量管内径,下同)或流动调整器后和下游4D的直管部分需机加工并符合本标准规定。

(4)要经常清理孔板前后的污物和积水,孔板锈蚀要更换。

(5)抽放瓦斯量有较大变化时,应根据流量大小更换相应的孔板。

(6)每个孔板流量计的孔板系数都会有所不同,因此,对矿井使用的所有孔板流量计需要编号并记录与其相对应的孔板系数,以便于正确计算抽放瓦斯流量。

 

4.孔板流量计的取压方式

孔板流量计的取压方式主要有法兰取压、角接取压和径距取压三种。蒋家河煤矿使用的标准孔板流量计采用径距取压,原理如图2所示。取压口的间距是取压口中心线与孔板某一规定端面之间的距离,上游取压口间距为管道直径D,下游取压口间距为D/2,故又称为D和D2取压3

 

5.孔板流量计在使用中产品误差的主要原因

(1)孔板前后直管段不符合要求。孔板前后直管段的作用是为了保证管道内流体的流动稳定,但由于直管段长度不够或工艺管道上常有拐弯分叉、汇合等阻力件出现,使流体由稳定变为扰动从而导致测量误差。

(2)孔板片上下游面受损或孔板法兰垫片凸出管道内。在运输孔板或施工人员安装孔板的过程中,容易造成上下游面受损或孔板法兰垫片凸出管道内,从而导致测量误差。

(3)孔板上下游面反装。由于施工人员粗心,将孔板反装,致使气体流向与孔板方向不一致,从而导致测量误差。

(4)不同孔板流量计之间孔板错装。在拆卸维修或组装孔板流量计时,若孔板外径尺寸一致,稍不注意就会出现错装,导致孔板流量计与自身孔板系数不符,从而导致测量误差。

(5)孔板变形或结垢。孔板在运输、安装过程中,由于施工人员责任心不强,有可能造成孔板变形;孔板流量计长时间使用后,孔板内表面会结垢,使得孔板开口尺寸变小,造成测量误差。

(6)孔板的孔口与管道不同心。组装孔板流量计时,由于施工人员不负责任,有可能造成孔板的孔口与管道不同心,导致测量误差。

(7)孔板流量计管道内积水。管道积水,会改变孔板流量计计量装置的几何特性,从而影响流量计量的准确性。

 

6.孔板流量计的实际应用

以某煤矿工作面回风顺槽2号钻场为例来说明孔板流量计在实际中的使用方法。2号钻场共布置了4个钻孔,钴孔中113mm,封孔管Φ75mm,采用Φ80弹簧软管与1个Φ133mm钢管分路器相连,然后通过放水箱、孔板流量计与Φ152mm弹簧软管相连,ZUI后与回风顺槽重400mPVC抽放管路相连进行瓦斯抽放。如图3所示。

6.1测定前需准备的仪器仪表

(1)U型压差计(测量孔板流量计孔板前后端差压即两个取压嘴之间差压△h。差压值宜在满量程的10-90%范围内)。

(2)U型负压计(测量管道内的气体抽放负压KPa)。

(3)光学矿用瓦斯检测仪(测量管道内的瓦斯浓度X)。

6.2测量方法

孔板流量计上面两个取压嘴与U型压差计两个管端口利用橡胶软管连接,然后读出差压值(单位mmh2o柱);U型负压计一个管口用胶管与D/2取压嘴相连,另一个管口散开,读出管内负压值(单位KPa);光学瓦斯检测仪用橡胶软管与瓦斯浓度检查孔连接,测量出管道内瓦斯浓度(%)。如图4所示。

经测定,2号钻场孔板压差300mmH2O柱,负压20KPa,瓦斯浓度1.7%,孔板系数出厂给定值为0.4763

6.3抽放管路瓦斯混合量简易算法

QH=K√△h

式中:

QHー抽放瓦斯混合流量, m3/min

Kー孔板系数;(出厂时已测定)

△hーU型管水柱压差,mmH2O。若为水银柱应乘以13.6。

将现场测量的孔板压差数值300mmH2O柱及孔

板系数0.4763代入该公式,经计算得:

QH=0.4763√300=8.25m3/min

6.4抽放纯瓦斯量计算

Qc=QHx/100

式中：

Qcー抽放的纯瓦斯量,m3/min:

QHー抽放的混合瓦斯量,m/min

xー管道内瓦斯浓度,%。

将测量的瓦斯浓度1.7%及经计算得出的瓦斯混合量8.25m/min代入该公式,计算得:

Qc=8.25×1.7/100=0.14m3/min

 

7.结束语

利用孔板流量计等仪器、仪表对瓦斯抽放管路内瓦斯浓度、压力或差压、流量等参数进行测量,经过计算就可以判定工作面抽采率或矿井抽采率是否达标,并对瓦斯抽采的效果进行评价,依据评价

结论就可以知道现有抽采系统存在哪些问题,进而选择先进、适用的瓦斯抽采方法和工艺,设计瓦斯抽采达标的工艺方案,实现瓦斯抽采达标。